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Klimawandel - naturwissenschaftliche Grundlagen

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Vortrag zu den naturwissenschaftlichen Grundlagen des Klimawandels an der Uni Jena

Veröffentlicht in: Wirtschaft & Finanzen
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Klimawandel - naturwissenschaftliche Grundlagen

  1. 1. https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Cartoon-Homo_sapiens_syndrom.jpg, 04.10.2019
  2. 2. https://www.deutschlandfunk.de/baumsterben-der-hitzestress-trifft-ein-ohnehin.697.de.html?dram:article_id=454681, 04.10.2019 Thüringer Ministerium für Umwelt, Energie und Naturschutz: Fakten zur Klimaveränderung in Thüringen, 2017
  3. 3. Klimawandel Kurzer Einblick in den aktuellen Wissensstand Ralf Carl Dipl.-Biochem. Ortsgruppe Jena AG Bildung
  4. 4. Klimawandel 1. Historische Klimaveränderungen 1.1 Klimaschwankungen der Erde 1.2 Ursachen der Klimaschwankungen 2. Zukunftsprojektionen 2.1 RCP-Szenarien 2.2 Szenarien des IPCC-Berichts 2018 2.3 Projizierte Folgen des Klimawandels 3. Emissionspfade und CO2-Budget 4. Schlussfolgerungen
  5. 5. 1.1 Klimaschwankungen der Erde Quelle: NASA
  6. 6. 1.1 Klimaschwankungen der Erde Hans Häckel: Meteorologie, 8. Auflage 2016 DurchschnittstemperaturNordhalbkugelin°C
  7. 7. 1.1 Klimaschwankungen der Erde
  8. 8. 1.2 Ursachen der Klimaschwankungen • Begriff Albedo
  9. 9. 1.2 Ursachen der Klimaschwankungen • Begriff Albedo Albedo: helle Flächen (hohe Albedo) reflektieren mehr Strahlung als dunkle Sonnenaktivität, Abstand Erde - Sonne Trübung der Atmosphäre Albedo Konzentration an Treibhausgasen Wärmespeicherung an Erdoberfläche
  10. 10. 1.2.1 Astronomische Ursachen https://de.wikipedia.org/wiki/Sonnenaktivit%C3%A4t, 27.09.2019
  11. 11. 1.2.1 Astronomische Ursachen https://de.wikipedia.org/wiki/Sonnenaktivit%C3%A4t, 27.09.2019
  12. 12. 1.2.1 Astronomische Ursachen • Neigung der Erdachse Exzentrizität der Erdumlaufbahn • Präzessionsbewegungen der Erde um die Sonne Hans Häckel: Meteorologie, 8. Auflage 2016 Zyklus: 40 000 Jahre Zyklus: 100 000 Jahre Zyklus: 26 000 Jahre gestrichelt: derzeitige Bahn Erdbahn in Eiszeit
  13. 13. Einfluss der Milankovic-Zyklen • Begriff Albedo Albedo: helle Flächen (hohe Albedo) reflektieren mehr Strahlung als dunkle Abstand Erde - Sonne Albedo Wärmespeicherung an Erdoberfläche
  14. 14. 1.2.1 Astronomische Ursachen • Schätzung der Temperatur der Erde nach den Milankovic-Zyklen Hans Häckel: Meteorologie, 8. Auflage 2016
  15. 15. 1.2.2 Geologische Ursachen https://de.wikipedia.org/wiki/Eisdrift, 27.09.2019
  16. 16. Einfluss der Plattenverschiebung • Begriff Albedo Albedo: helle Flächen (hohe Albedo) reflektieren mehr Strahlung als dunkle Albedo
  17. 17. 1.2.3 Atmosphärische Ursachen • Vulkane, Aerosole wetter.de, 27.09.2019
  18. 18. Einfluss der Vulkanaktivität • Begriff Albedo Albedo: helle Flächen (hohe Albedo) reflektieren mehr Strahlung als dunkle Trübung der Atmosphäre
  19. 19. 1.2.3 Atmosphärische Ursachen • Treibhauseffekt: https://www.bpb.de/cache/images/0/38430-3x2-original.jpg?9A359, 27.09.2019
  20. 20. Molekulare Erklärung des Treibhauseffektes https://wiki.bildungsserver.de/klimawandel/index.php/Treibhauseffekt, https://pixabay.com/de/illustrations/kohlendioxid-co2-molek%C3%BCl-vibrationen-1431791/ 27.09.2019 Wasser Kohlendioxid Ozon Lachgas Methan
  21. 21. 1.2.4 Anthropogener Einfluss https://techcrunch.com/wp-content/uploads/2019/05/Screen-Shot-2019-05-12-at-3.23.36-PM.png, 27.09.2019
  22. 22. 1.2.4 Anthropogener Einfluss
  23. 23. Quelle: PIK Potsdam
  24. 24. 1.2.4 Anthropogener Einfluss • Herkunft von Kohlendioxid in Deutschland (2017): • 39 % Energiebereitstellung (v.a. Kohlekraftwerke) • 23 % Industrieprozesse (Stahlproduktion, Raffinerien, Zement…) • 21 % Verkehr (v.a. Individualverkehr) • 16 % Gebäude (Haushalte, Gewerbe) • 1 % Landwirtschaft Quelle: https://www.mdr.de/wissen/deutschland-top-fuenf-klima-emissionen-100.html, 04.10.2019
  25. 25. 1.2.4 Anthropogener Einfluss • Herkunft weiterer Treibhausgase: • Methan: Landwirtschaft (v.a. Tierhaltung) • Lachgas: Landwirtschaft (Düngung), Verkehr → CO2, CH4, N2O u.a. oft zusammengefasst zu CO2-Äquivalenten
  26. 26. Zusammenfassung: Einflussfaktoren auf Temperatur der Erde Faktor Ursache für derzeitige Erwärmung Plattentektonik nein, wirkt über Jahrmillionen Milankovic-Zyklen nein, wirkt über Jahrtausende, derzeit eher Trend zur Abkühlung Sonnenaktivität nein, derzeit keine bedeutenden Schwankungen Vulkane nein, derzeit keine bedeutenden Schwankungen Treibhauseffekt ja, durch anthropogen freigesetzte Treibhausgase
  27. 27. 2. Projektionen
  28. 28. 2.1 RCP-Szenarien Quelle: AR5 (IPCC 2014)
  29. 29. 2.1 RCP-Szenarien https://wiki.bildungsserver.de/klimawandel/index.php/2-Grad-Ziel Quelle: AR5 (IPCC 2014)
  30. 30. 2.1 RCP-Szenarien https://wiki.bildungsserver.de/klimawandel/index.php/2-Grad-Ziel Quelle: AR5 (IPCC 2014) RCP8.5 RCP2.6
  31. 31. 2.2 Szenarien aus dem IPCC-Bericht 2018 Quelle: IPCC-Sonderbericht 2018
  32. 32. 2.3 Projizierte Folgen des Klimawandels https://www.t-online.de/nachrichten/klimawandel/id_65338412/klimawandel-verstaerkt-extremes-wetter.html, https://ze.tt/klimawandel-interaktive-bilder-zeigen-wie-stark-der-meeresspiegel-steigt/, https://www.swr.de/wissen/1000- antworten/umwelt-und-natur/Hornisse, 01.10.2019
  33. 33. 2.3.1 Folgen für Wetter und Meeresspiegel
  34. 34. 2.3.1 Folgen für Wetter und Meeresspiegel Globale Erwärmung 2100 + 1,5 °C + 2 °C Extrem heiße Tage (mittlere Breiten) + 3 °C + 4 °C Starkniederschlag (hohe Breiten, Ost-Nordamerika, Ostasien) geringeres Risiko höheres Risiko Starkniederschlag durch Tropenstürme geringeres Risiko höheres Risiko Meeresspiegel 2100 + 0,26 m bis + 0,77 m + 0,30 m bis + 0,93 m → Umsiedlung von 10 Mio Menschen mehr als bei 1,5 °C Quelle: IPCC-Sonderbericht 2018
  35. 35. 2.3.1 Folgen für Wetter und Meeresspiegel Quelle: SROCC (IPCC 2019) RCP8.5 RCP2.6
  36. 36. 2.3.1 Folgen für Wetter und Meeresspiegel https://ss2.climatecentral.org, 01.10.2019 RCP2.6: 2300 RCP8.5: 2100
  37. 37. 2.3.1 Folgen für Wetter und Meeresspiegel https://ss2.climatecentral.org, 01.10.2019 RCP2.6: wahrscheinlich nicht RCP8.5: nach 2300, außer Grönlandeis schmilzt früher ab
  38. 38. 2.3.1 Folgen für Wetter und Meeresspiegel www.klimafolgenonline.com
  39. 39. 2.3.1 Folgen für Wetter und Meeresspiegel RCP8.5 www.klimafolgenonline.com
  40. 40. Exkurs: Jetstream – Entstehung 1 https://img.posterlounge.de/img/products/450000/444228/444228_poster_l.jpg, 03.08.2019 Sonne Warm Kalt T H kalte Luft sinkt ab → hoher Druck am Boden warme Luft steigt auf → tiefer Druck am Boden weiß: Polarfront T H
  41. 41. https://de.wikipedia.org/wiki/Jetstream, 03.08.2019; Hans Häckel: Meteorologie, 6. Auflage 2008 → Druckausgleich vom tropischen Höhenhoch zum polaren Höhentief + Coriolis-Ablenkung → horizontale und vertikale Konzentrierung der Winde an Polarfront → Resultat: erdumspannendes, schmales Windband in 10 km Höhe um 45. Breitengrad → Windgeschwindigkeiten von tw. über 500 km/h Exkurs: Jetstream – Entstehung 2
  42. 42. Exkurs: Jetstream – Rossby-Wellen https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2019/01/Rossby-waves.png, https://www.zdf.de/assets/wetter-hitzerekord-102~2400x1350?cb=1561731166886, 3.08.2019 Verlagerung der Wellen
  43. 43. Exkurs: Jetstream – 7-Wellen-Muster Figure 3 from Extreme weather events in early summer 2018 connected by a recurrent hemispheric wave-7 pattern, Kai Kornhuber et al 2019 Environ. Res. Lett. 14 054002 doi:10.1088/1748-9326/ab13bf -7-Wellen-Muster relativ stabil (Resonanz!) -bedingt durch Meer-Land-Verteilung -Hitze sehr wahrscheinlich: West-Europa, Zentral-USA, Kaspische Region
  44. 44. Klimawandel und Wetterextreme • Beobachtete Veränderungen: • Rossby-Wellen werden größer und stabiler • Wellenverlagerung nach Osten langsamer, teilweise Stillstand! („phase-locked events“) → 7-Wellen vor 1999 nie ≥ 2 Wochen!!! • Ursachen: • Arktis wärmer→ Polar-Höhentief schwächer → Jetstream schwächer • Temperaturgradient Land – Meer höher → größere Rossby-Wellen • Folgen: • Extremwetterereignisse wahrscheinlicher, intensiver und länger • Bsp.: Hitzewellen 2003, 2006, 2012, 2015, 2018
  45. 45. Globale Erwärmung 2100 + 1,5 °C + 2 °C Arten, die mehr als die Hälfte ihres geografischen Verbreitungsgebiet verlieren Insekten: 6 % Pflanzen: 8 % Wirbeltiere: 4 % Insekten: 18 % Pflanzen: 16 % Wirbeltiere: 8 % Ökosystem-Transformation 7 % der Landfläche 13 % der Landfläche besonders bedroht: Tundra, borealer Nadelwald Meereisfreie Sommer (Arktis) pro 100 Jahre 1 10 Verlust Korallenriffe 70-90 % 99 % 2.3.2 Auswirkungen auf Ökologie und Biodiversität
  46. 46. Vom Aussterben bedrohte Arten • Schätzung insgesamt: 1 Mio Arten (25 %) vom Aussterben bedroht IPBES: Global Assessment Report 2019
  47. 47. Artensterben und Klimawandel • Bedeutung des Klimawandels steigt • Verlagerung, Schrumpfen der Verbreitungsgebiete • 2 °C Erwärmung: Verlust von 99 % der Korallenriffe Living Planet Report 2018
  48. 48. 2.3.3 Auswirkungen auf Wirtschaft und Gesellschaft www.klimafolgenonline.com
  49. 49. 2.3.3 Auswirkungen auf Wirtschaft und Gesellschaft www.klimafolgenonline.com
  50. 50. 2.3.3 Auswirkungen auf Wirtschaft und Gesellschaft -Ernährungssicherheit (hohes Risiko): -Ertragsrückgang in Kombination mit steigendem Bedarf (Weltbevölkerung!) -Ernteausfälle durch Extremwetterereignisse -Wasserversorgung (hohes Risiko): -v.a. verringerter Zugang zu Wasser für arme Menschen -Grundwasserressourcen in meisten trockenen, subtropischen Regionen verringert →steigender Wettbewerb um Wasser -Mittelmeerraum trocknet aus -Fischerei (mittleres bis hohes Risiko): -Rückgang der Erträge -Medizin (hohes Risiko): -steigende Erkrankungsrate und Todesfälle durch Dehydrierung, Hitzschlag, Hitzeerschöpfung usw. -Ausbreitung von Infektionskrankheiten https://de.wikipedia.org/wiki/Asiatische_Tigerm%C3%BCcke, 03.10.2019Quelle: AR5 (IPCC 2014), Risiko-Angaben für 4° -Erwärmung
  51. 51. 2.3.3 Auswirkungen auf Wirtschaft und Gesellschaft Globale Erwärmung 2100 + 1,5 °C + 2 °C Weltweiter Meeresfisch- Ertrag pro Jahr -1,5 Mio t -3 Mio t Menschen, die zunehmendem Wasserstress ausgesetzt sind ? doppelt so viel wie bei 1,5 °C Kleine Inseln und wenig entwickelte Länder „hohe vielfach ineinandergreifende Klimarisiken“ „hohe vielfach ineinandergreifende Klimarisiken“ Quelle: IPCC-Sonderbericht 2018
  52. 52. • Klimawandel als Fluchtursache: • Extremwetterereignisse • Meeresspiegel • Ernterückgang • Wasserstress • Verstärkung des Kontrastes Arm-Reich • Begünstigung der Entstehung gewaltsamer Konflikte 2.3.3 Auswirkungen auf Wirtschaft und Gesellschaft Quelle: AR5 (IPCC 2014)
  53. 53. 2.3.4 Zusammenfassender Vergleich der Gefahren Quelle: IPCC-Sonderbicht 2018
  54. 54. 2.3.4 Zusammenfassender Vergleich der Gefahren Quelle: IPCC-Sonderbicht 2018
  55. 55. 2.3.5 Positive Rückkopplung und Kipppunkte • Bsp. Jetstream
  56. 56. • Bsp. Eis-Albedo-Effekt 2.3.5 Positive Rückkopplung und Kipppunkte https://p5.focus.de/img/fotos/origs8539558/1132324573-w630-h420-o-q75-p5/gettyimages-533439864.jpg, 02.10.2019
  57. 57. • Bsp. Feuer 2.3.5 Positive Rückkopplung und Kipppunkte https://de.wikipedia.org/wiki/Waldbrand, 02.10.2019
  58. 58. • Bsp. Permafrost 2.3.5 Positive Rückkopplung und Kipppunkte https://polarpedia.eu/de/permafrost-4/, 02.10.2019
  59. 59. Gefahr: „Galoppierender“ Klimawandel 2.3.5 Positive Rückkopplung und Kipppunkte Eis-Albedo-Effekt Gase aus Permafrost CO2 aus Feuer Jetstream-Wellen
  60. 60. Gefahr: „Galoppierender“ Klimawandel 2.3.5 Positive Rückkopplung und Kipppunkte Eis-Albedo-Effekt Gase aus Permafrost CO2 aus Feuer Jetstream-Wellen Ruß weniger Eis Hitzewellen in Gebieten mit Permafrost
  61. 61. Gefahr: „Galoppierender“ Klimawandel 2.3.5 Positive Rückkopplung und Kipppunkte Eis-Albedo-Effekt Gase aus Permafrost CO2 aus Feuer Jetstream-Wellen Ruß weniger Eis Hitzewellen in Gebieten mit Permafrost Degradation Amazonas- Regenwald Freisetzung Methanhydrate aus Tiefsee 3-5 °C? 3-5 °C? 5 °C? ???? 2-3 °C? 3-5 °C?Steffen, W. et al: Trajectories of the Earth System in the Anthropocene, 2018
  62. 62. Gefahr: „Galoppierender“ Klimawandel 2.3.5 Positive Rückkopplung und Kipppunkte Eis-Albedo-Effekt Gase aus Permafrost CO2 aus Feuer Jetstream-Wellen Ruß weniger Eis Hitzewellen in Gebieten mit Permafrost Degradation Amazonas- Regenwald Freisetzung Methanhydrate aus Tiefsee 3-5 °C? 3-5 °C? 5 °C? ???? 2-3 °C? 3-5 °C?Steffen, W. et al: Trajectories of the Earth System in the Anthropocene, 2018 Auslösung bei +2 °C möglich, bei 1,5 °C nicht auszuschließen!!! (Steffen et al, 2018)
  63. 63. 2.3.5 Positive Rückkopplung und Kipppunkte Steffen, W. et al: Trajectories of the Earth System in the Anthropocene, 2018
  64. 64. 3. Emissionspfade und CO2-Budget rot: XR-Forderung Quelle: IPCC-Sonderbicht 2018
  65. 65. Klassifizierung der Pfade Pfad P1 P2 P3 P4 CO2-Emission 2030 vs. 2010 -58 % -47 % -41 % +4 % CO2-Emission 2050 vs. 2010 -93 % -95 % -91 % -97 % Energiebedarf 2050 vs. 2010 -32 % +2 % +21 % +44 % Primärenergie aus Kohle 2030 vs. 2010 -78 % -61 % -75 % -59 % Primärenergie aus Kohle 2050 vs. 2010 -97 % -77 % -73 % -97 % Kernenergie 2050 vs. 2010 +150 % + 98 % +501 % +468 % Kumulatives CCS (Gt CO2) 2100 0 348 687 1218 Quelle: IPCC-Sonderbicht 2018
  66. 66. CO2-Budget • bereits 2200 Gt CO2-Budget aufgebraucht (Stand: 2017) • 66 % unter 1,5 °C Erwärmung: noch 420 Gt CO2-Budget (2017!) • derzeitige Emmisionen: 42 Gt pro Jahr • Methanfreisetzung aus Permafrost u. Feuchtgebieten: • Reduktion des Budgets um bis zu 100 Gt in diesem Jahrhundert!!! 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 CO2-Budget in Gt CO2-Budget (2019) aufgebraucht jährlicher Verbrauch noch vorhanden Quelle: IPCC-Sonderbicht 2018
  67. 67. Weitere Einschätzungen des IPCC… • Schätzungen nach festgelegten Zielen (Pariser Abkommen): • Jahr 2030: 52-58 Gt CO2-Emission/Jahr →keine Begrenzung auf 1,5 °C mehr möglich →dann eher +3 °C • mehr als 0,2 °C Überschreitung des 1,5 °C-Ziel: • hohes Ausmaß an CO2-Entnahme-Techniken nötig • Begrenzung auf 1,5 °C bis 2100 eher nicht mehr erreichbar Quelle: IPCC-Sonderbicht 2018
  68. 68. Exkurs: Synergien und Zielkonflikte • Anpassungen könnten Synergien erzeugen, z.B. mit: • Gewährleistung von Ernährungssicherheit • Aufrechterhaltung der Ökosysteme • Verringerung von Armut und Ungleichheit • aber auch Zielkonflikte möglich! • Pfade mit besten Synergien u. wenigsten Zielkonflikten: • geringer Energiebedarf • geringer Konsum treibhausgasintensiver Lebensmittel • geringe Abhängigkeit von C-Entnahme-Techniken Quelle: IPCC-Sonderbicht 2018
  69. 69. 4. Schlussfolgerungen Was passieren müsste… • schnelle, umfangreiche, einschneidende Transformation der Bereiche: • Energieversorgung (u.a. sofortiger Stopp der Kohleverstromung) • Verkehr • Landwirtschaft/Ernährung • Gesellschaft • Konsum • angemessene (!) CO2-Bepreisung (180 €/t laut Umweltbundesamt) • Renaturierung von Ökosystemen und Aufforstung • Lokale Anpassung an Klimawandelfolgen • Anerkennung Klimawandel als Thema höchster Priorität und Dringlichkeit • Globale Zusammenarbeit zur wirksamen Lösung des Problems • Intelligente Strategien zum Stopp des globalen Bevölkerungswachstums
  70. 70. 4. Schlussfolgerungen Die Realität… • globale Emissionen steigen weiter • Regenwälder werden weiter gerodet • Nationale und kurzfristige Denkmuster • deutsches „Klimapäckchen“ September 2019: „Wasch mir den Pelz, aber mach mich nicht nass“ • CO2-Steuer gestuft 10 – 30 €/t • Ausbau der Infrastruktur für Elektroautos • Bahntickets rund 10 % billiger • Pendlerpauschale erhöht!!! • unzureichende Regelungen im Sektor Landwirtschaft • Einschränkung des Ausbaus von Windkraftanlagen • Kohleausstieg 2038!!! → Überschreitung des CO2-Budgets für Deutschland um mindestens 70 %
  71. 71. https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Cartoon-Homo_sapiens_syndrom.jpg, 04.10.2019
  72. 72. zum Nachlesen… • leicht verständliche Informationen: • Internetseiten des PIK Potsdam • Internetseiten des Umweltbundesamts • IPCC-Berichte: • Fünfter Sachstandsbericht (2014) • Sonderbericht über 1,5 °C globale Erwärmung (2018) • Sonderbericht über Ozean und Kryosphäre (2019) • Allgemeines zu Wetter, Strahlungsbilanz und Klimaveränderung: • Hans Häckel: Meteorologie, 8. Auflage (2016) • Jetstream: • Kornhuber et al: Extreme weather events in early summer 2018 connected by a recurrent hemispheric wave-7 pattern • Zustand Biodiversität: • Das „Globale Assessment“ des Weltbiodiversitätsrates IPBES (2019) • Living Planet Report des WWF (2018) • Kipppunkte: • Steffen, W. et al: Trajectories of the Earth System in the Anthropocene, 2018

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